专利名称：一种钛合金焊接机匣安装边预变形焊接及微量成形方法
技术领域：
本发明涉及金属构件焊接领域，特别是一种采用预变形对钛合金焊接机匣安装边进行焊接(指氩弧焊，下同)及微量成形方法。
背景技术：
由TC4材料制做的某钛合金薄壁扩散器焊接机匣(参照图1)，由薄壁主体与前安装边和后安装边通过焊接组合而成，其中薄壁主体上分布10多种40多个相对位置精度要求很高的安装座。现实生产中，组合焊接安装边时因焊接收缩会引起安装边变形，由此导致后续机械加工时安装边尺寸和结构无法满足设计要求；另外，由前、后安装边焊接变形还会引起焊接机匣前、后安装边同轴度超差(因前、后安装边焊接变形位置及变形量不固定、无规律， 有时安装边焊接后还存在椭圆问题，最终在整个焊接机匣上反映出前、后安装边不同轴)， 导致薄壁主体上的40多个安装座底孔加工时相对位置精度降低，直接影响安装座焊接后的相对精度。因TC4材料常温下难于冷校形，即使焊接后利用胎具对机匣进行真空加热定型(同时消除焊接应力)，也只能在有限范围内起到校形作用，对局部超差较大的变形仍不能解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够解决上述技术难题的钛合金焊接机匣安装边预变形焊接及微量成形方法。基于变形补偿原理，本发明提供的钛合金焊接机匣安装边预变形焊接及微量成形方法，按以下步骤进行(1)根据焊接变形趋势及变形量设计并制做有工艺余量的安装边；(2)设计并制做与上述有工艺余量的安装边相配合的薄壁主体(即薄壁主体的热变形余量与安装边工艺余量相同)；(3)利用组合焊接夹具将上述有工艺余量的安装边与薄壁主体组合焊接成一体， 构成机匣壳体；(4)利用热定型(校形)工装和真空加热设备对上述机匣壳体同时进行微量成形和消除焊接应力，制得焊接机匣壳体毛坯。本发明的有益效果本发明根据安装边焊接变形趋势，利用变形补偿的办法，采用预先工艺设计安装边和薄壁主体结构余量，结合焊接后微量成形的工艺方法，有效解决了安装边焊接自身变形、尺寸超差和前、后安装边焊接后同轴度超差的技术难题，满足了焊接机匣机械加工前对毛坯件的技术要求。
图1为某钛合金薄壁扩散器焊接机匣结构示意图，图中1-前安装边，2-薄壁主体，3-安装座，4-后安装边；图2为图1中I部放大图，图中Φ_安装边与薄壁主体设计内径；图3为前安装边与薄壁主体工艺余量设计示意图，图中Φ 1-有工艺余量的安装边和薄壁主体内径；图4为传统焊接(未实行预变形焊接)前安装边变形示意图，图中1'-传统焊接前安装边变形后轮廓，2'-传统焊接校形后前安装边轮廓，Φ 2-传统焊接后安装边端面内径，FS-焊接收缩点，Y-前安装边端面处(内径尺寸增大)，0-变形分界点；图5为预变形焊接前安装边变形示意图，图中1"-预变形焊接及微量成形后前安装边轮廓，2"-传统焊接前安装边轮廓，3"-预变形焊接预留工艺余量的前安装边轮廓。
具体实施例方式如图1和图2所示，本发明钛合金焊接机匣由薄壁主体2、前安装边1和后安装边 4组成，其中薄壁主体2厚1. 5mm,高484. 2mm,分直段和7. 5°锥段，直段内径(前安装边内径)尺寸Φ 1000mm，外廓尺寸直径1003mm，锥段最大直径1060mm，薄壁主体上分布10多种 40多个安装座3。薄壁主体的两端分别与前安装边和后安装边焊接成一体。以前安装边为例，采用传统焊接(即未实行预变形焊接)时，安装边变形情况如图 4中虚线1'所示，安装边在FS点(近焊缝处)焊接收缩，在Y点(安装边端面处)内径尺寸增大，(0点为变形分界点)；如图4中实线2'所示，热校形后安装边端面内径尺寸Φ2 比设计尺寸Φ超出0. 928mm，不符合设计要求。本发明安装边焊接及微量成形方法，以前安装边为例，根据焊接变形趋势及变形量评估将待组焊的安装边和薄壁主体设计并制做成有2mm工艺余量，即使前安装边和薄壁主体的内径Φ1较设计尺寸Φ缩进2mm(如图3实线所示)；然后利用组合焊接夹具将此有工艺余量的安装边和薄壁主体用氩弧焊焊接成一体，构成焊接机匣壳体；最后利用热定型(校形)工装在在真空设备中对该焊接机匣壳体同时进行微量成形和消除焊接应力，制得尺寸合格的焊接机匣壳体毛坯件。如图5所示，前安装边预变形焊接，安装边在FS点收缩，在Y点内径尺寸增大，与传统焊接相同，因安装边预先设有焊接变形余量，即内径缩小，其焊接变形后(图5中虚线 3"所示)端面内径增大，恰好与设计要求尺寸Φ相同(图5中实线1"所示)，恰到好处地解决了传统焊接安装边内径Φ2超差(图5中虚线2"所示)问题。对焊接机匣进行整体微量成形时，所采用的热校形夹具当以安装边端面和焊接机匣内径为基准时，胀形模具在对整个零件进行胀形校正时，也同时校正了前、后安装边的同轴度，使前、后安装边同轴度超差得到解决。
权利要求
1. 一种钛合金焊接机匣安装边预变形焊接及微量成形方法，其特征是按以下步骤进行(1)根据焊接变形趋势及变形量设计并制做有工艺余量的安装边；(2)设计并制做与上述有工艺余量的安装边相配合的薄壁主体；(3)利用组合焊接夹具将上述有工艺余量的安装边与薄壁主体组合焊接成一体，构成机匣壳体；(4)利用热定型工装和真空加热设备对上述机匣壳体同时进行微量成形和消除焊接应力，制得焊接机匣壳体毛坯。
全文摘要
一种钛合金焊接机匣安装边预变形焊接及微量成形方法，其步骤是根据焊接变形趋势及变形量设计并制做有工艺余量的安装边；制做与上述有工艺余量的安装边相配合的薄壁主体；利用组合焊接夹具将安装边与薄壁主体组合焊接成一体；利用热定型工装和真空加热设备进行微量成形和消除焊接应力，制得焊接机匣壳体毛坯。该方法利用变形补偿原理，采用预变形焊接及微量成形工艺有效地解决了安装边焊接自身变形和前后安装边焊接后同轴度超差的技术难题，满足了焊接机匣机械加工前对毛坯件的技术要求。
文档编号B23K9/32GK102319942SQ201110260908
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者周勇, 石竖鲲, 高献娟, 黄青松, 齐晓丽 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司